KR102045273B1 - Heat pump - Google Patents

Heat pump Download PDF

Info

Publication number
KR102045273B1
KR102045273B1 KR1020187014310A KR20187014310A KR102045273B1 KR 102045273 B1 KR102045273 B1 KR 102045273B1 KR 1020187014310 A KR1020187014310 A KR 1020187014310A KR 20187014310 A KR20187014310 A KR 20187014310A KR 102045273 B1 KR102045273 B1 KR 102045273B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
air
heat pump
water
heat exchanger
Prior art date
Application number
KR1020187014310A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180073628A (en
Inventor
마사키 마츠쿠마
다카오 오하마
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Publication of KR20180073628A publication Critical patent/KR20180073628A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102045273B1 publication Critical patent/KR102045273B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/004Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/06Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using expanders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F02C6/16Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • F24D3/18Hot-water central heating systems using heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/02Heat pumps of the compression type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2300/00Special arrangements or features for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04Details of condensers
    • F25B2339/047Water-cooled condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/14Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00Problems to be solved
    • F25B2500/18Optimization, e.g. high integration of refrigeration components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)

Abstract

히트 펌프(2)는 입력 전력에 의해 구동되는 모터(6)와, 모터(6)와 기계적으로 접속되고, 공기를 압축하는 제1 압축기(8)와, 제1 압축기(8)에서 압축한 압축 공기와 물로 열교환하는 제1 열교환기(14)와, 제1 열교환기(14)에서 열교환하여 승온한 물을 취출하는 제1 온수 취출구(38)를 구비한다. 이와 같이, 공기 냉매 히트 펌프(2)에 있어서, CAES 기술의 일부를 히트 펌프로서 이용함으로써, 공기와 물만을 이용하여, 온열을 공급할 수 있다.The heat pump 2 is a motor 6 driven by an input electric power, a first compressor 8 that is mechanically connected to the motor 6, and compresses air, and a compression that is compressed by the first compressor 8. The 1st heat exchanger 14 which heat-exchanges with air and water, and the 1st hot water outlet 38 which takes out the water heated by heat-exchanging in the 1st heat exchanger 14 are provided. In this way, in the air refrigerant heat pump 2, by using a part of the CAES technology as the heat pump, it is possible to supply heat using only air and water.

Figure R1020187014310
Figure R1020187014310

Description

히트 펌프Heat pump

본 발명은 히트 펌프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 공기를 냉매로 하는 히트 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump. More specifically, the present invention relates to a heat pump using air as a refrigerant.

종래의 히트 펌프는 냉매로서 주로 HFC(HydroFluoroCarbon) 프레온계나 CO2를 사용하고 있다. 이로 인해, 냉매가 누설되면, 온난화나 대기 중의 CO2 증대가 염려된다. 따라서, 지구 환경에 악영향을 미치지 않는 자연 냉매에 의한 냉난방 시스템이 검토되고 있다.Conventional heat pumps mainly use HFC (HydroFluoroCarbon) freon or CO 2 as the refrigerant. Accordingly, when the refrigerant is leaked, the CO 2 increase in the warming and air is concerned. Therefore, the air-conditioning system by the natural refrigerant which does not adversely affect the global environment is examined.

현상의 히트 펌프의 성적 계수 COP(Coefficient Of Performance)를 90℃ 및 7℃의 열공급 조건에서 비교하면 이하의 정도이다.The coefficient of performance COP (Coefficient Of Performance) of the developed heat pump is compared with the heat supply conditions of 90 degreeC and 7 degreeC, and is the following grades.

자연 냉매(CO2) 히트 펌프: COP 3.0Natural Refrigerant (CO 2 ) Heat Pump: COP 3.0

흡수식 히트 펌프: COP 1.5Absorption Heat Pumps: COP 1.5

흡착식 히트 펌프: COP 0.6 내지 0.7Adsorption Heat Pumps: COP 0.6 to 0.7

대체 프레온 히트 펌프: COP 4.5Alternative Freon Heat Pump: COP 4.5

공기 냉매 냉동기: COP 0.44Air refrigerant freezer: COP 0.44

궁극의 자연 냉매인 공기에 대해서는 공기 냉매 냉동기가 있다. 그러나, 공기 냉매 냉동기는 초저온 영역에서의 동결 등으로 용도가 한정되고, 또한 COP 0.44 정도이기 때문에 성능면에서 유리하지 않다.For air that is the ultimate natural refrigerant, there is an air refrigerant refrigerator. However, since the use of the air refrigerant refrigerator is limited to freezing in an ultra low temperature region and the like, and the COP is about 0.44, it is not advantageous in terms of performance.

또한, 작동 유체로서 공기를 사용하고, 재생 가능 에너지와 같은 불규칙하게 변동되는 불안정한 발전 출력을 평활화하는 기술로서, 압축 공기 저장(CAES)이라고 불리는 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1의 CAES 발전 장치는 잉여의 발전 전력이 발생했을 때에 압축기로부터 토출되는 압축 공기를 축적하고, 필요할 때에 공기 터빈 발전기 등에서 전기로 재변환한다.In addition, a technique known as compressed air storage (CAES) is known as a technique of using air as a working fluid and smoothing irregular fluctuating unstable power output such as renewable energy. The CAES generator of patent document 1 accumulates the compressed air discharged from a compressor when a surplus generation electric power generate | occur | produces, and converts it into electricity in an air turbine generator etc. as needed.

일본 특허 공개 제2013-512410호 공보Japanese Patent Publication No. 2013-512410

특허문헌 1의 CAES 발전 장치는 재생 가능 에너지와 같은 불규칙하게 변동되는 불안정한 발전 출력을 평활화하는 것을 목적으로 하고, 공기를 냉매로 하는 히트 펌프로서 이용하는 것에 대해서는 특별히 시사되어 있지도 않다.The CAES power generation device of Patent Literature 1 aims to smooth out unstable power generation output that fluctuates irregularly, such as renewable energy, and is not particularly suggested for use as a heat pump using air as a refrigerant.

본 발명은 CAES 기술의 일부를 히트 펌프로서 이용함으로써, 공기와 물만을 이용하여, 온열을 공급할 수 있는 공기 냉매 히트 펌프를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 종래부터 효율을 향상시킨 공기 냉매 히트 펌프를 제공하는 것을 과제로 한다.An object of this invention is to provide the air refrigerant heat pump which can supply heat using only air and water by using a part of CAES technology as a heat pump. Moreover, it is a subject to provide the air refrigerant heat pump which improved the efficiency conventionally.

본 발명은, 입력 전력에 의해 구동되는 전동기와, 상기 전동기와 기계적으로 접속되고, 공기를 압축하는 제1 압축기와, 상기 제1 압축기에서 압축한 압축 공기와 물로 열교환하는 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기에서 열교환하여 승온한 물을 취출하는 제1 온수 취출구를 구비하는, 히트 펌프를 제공한다.The present invention relates to an electric motor driven by an input electric power, a first compressor mechanically connected to the electric motor, to compress air, a first heat exchanger to exchange heat with compressed air and water compressed by the first compressor, and the first compressor. A heat pump having a first hot water outlet for taking out water heated by heat exchange in a first heat exchanger is provided.

제1 압축기의 압축열에 의해 공기 온도를 상승시키고, 제1 열교환기에서 온도 상승한 공기와 물로 열교환하여 물을 승온시켜 온수를 만듦으로써 제1 온수 취출구로부터 온수를 취출할 수 있다. 또한, 작동유체는 공기 및 물이기 때문에, 대기 중에 누설해도 무해하다.The hot water can be taken out from the first hot water outlet by raising the air temperature by the heat of compression of the first compressor, heat-exchanging the air with the temperature rise in the first heat exchanger, and raising the temperature of the water to create hot water. In addition, since the working fluid is air and water, it is harmless to leak in the air.

상기 제1 압축기에서 압축한 압축 공기에 의해 구동되는 팽창기와, 상기 팽창기와 기계적으로 접속된 부하 발생부와, 상기 팽창기에서 팽창된 공기와 물로 열교환하는 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기에서 열교환하여 강온한 물을 취출하는 냉수 취출구를 더 구비하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 팽창기에서 팽창되고 상기 제2 열교환기에 공급되는 공기는 -50℃ 내지 -110℃이다.An inflator driven by compressed air compressed by the first compressor, a load generator mechanically connected to the inflator, a second heat exchanger for exchanging heat with air and water expanded in the inflator, and a heat exchanger in the second heat exchanger It is preferable to further provide a cold water outlet for taking out the temperature of the water. More preferably, the air expanded in the expander and supplied to the second heat exchanger is -50 ° C to -110 ° C.

팽창기에 있어서의 팽창 시의 흡열에 의해 공기를 강온시키고, 바람직하게는 -50℃ 내지 -110℃로 강온시키고, 제2 열교환기에서 이 강온한 공기와 물로 열교환하고, 물을 냉각하여 냉수 취출구로부터 냉수로서 취출할 수 있다. 또한, 온수뿐만 아니라 냉수도 취출할 수 있기 때문에, COP를 증가시켜, 성능을 향상시킬 수 있다.The air is lowered by the endotherm during expansion in the expander, preferably lowered to −50 ° C. to −110 ° C., heat exchanged with the lowered air and water in a second heat exchanger, and the water is cooled to cool the water outlet. It can be taken out as cold water. Moreover, since not only hot water but also cold water can be taken out, COP can be increased and a performance can be improved.

상기 제1 압축기에서 압축된 압축 공기를 저장하는 제1 축압부를 더 구비하고, 상기 팽창기는 상기 제1 축압부로부터 공급되는 압축 공기에 의해 구동되고, 상기 부하 발생부는 발전기이고, 상기 발전기는 상기 팽창기에 의해 구동되어 발전하는 것이 바람직하다.And a first accumulator for storing compressed air compressed by the first compressor, wherein the expander is driven by compressed air supplied from the first accumulator, the load generator is a generator, and the generator is the It is desirable to be driven by an inflator to generate power.

제1 축압부에 의해 압축 공기로서 에너지를 축적하고, 필요할 때에 압축 공기를 팽창기에 공급하여 발전기를 구동하여 발전함으로써, 냉열 및 온열뿐만 아니라, 전력의 평활화도 동시에 가능하다.By accumulating energy as compressed air by the first accumulator, and supplying compressed air to the expander when necessary to drive the generator to generate power, not only cooling and heating but also smoothing of electric power is possible at the same time.

상기 팽창기 및 상기 제1 축압부 중 적어도 하나에 유체적으로 접속된 제2 축압부와, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 압축 공기보다도 고압으로 공기를 압축하여 상기 제2 축압부에 공급하는 제2 압축기를 더 구비하는 것이 바람직하다.A second accumulator fluidly connected to at least one of the expander and the first accumulator, and a second compressed air supplied at a higher pressure than compressed air compressed by the first compressor and supplied to the second accumulator; It is preferable to further provide a compressor.

제2 축압부와 제2 압축기를 설치함으로써, 상용 전력 계통의 정전 등의 비상 시에 장시간에 걸쳐 긴급 전원과 냉수를 공급할 수 있다. 이것은, 데이터 센터나 대형의 컴퓨터 등의 정전 시에 있어서도 비상용 전력이 필요하고, 또한 대량의 냉열이 필요한 수요가에 대하여 특히 유효하다.By providing the second accumulator and the second compressor, emergency power and cold water can be supplied for a long time in an emergency such as a power failure of a commercial power system. This is particularly effective for a demand value in which emergency power is required and a large amount of cold heat is required even in a power failure of a data center or a large computer.

상기 발전기에서 발전한 전력의 공급처를, 상기 전동기 또는 수요처로 전환하는 전환 기구를 더 구비하는 것이 바람직하다.It is preferable to further provide a switching mechanism for switching the supply source of electric power generated by the generator to the electric motor or the demand destination.

전환 기구를 설치함으로써, 필요에 따라 전력의 공급처를 전환할 수 있다. 구체적으로는, 통상 시에는 발전기의 발전 전력을 수요처에 공급하면서, 수요처로부터의 전력 수요가 없는 경우에는 전동기에 전력을 공급하여 제1 압축기를 구동함으로써, 발전기의 발전 전력을 유효 이용할 수 있다. 특히, 수요처로부터의 전력 수요가 없는 경우에는, 전력을 시스템 내에서 순환 이용하기 때문에, 시스템 외로부터 필요한 공급 전력을 저감시킬 수 있고, 따라서 성적 계수 COP(Coefficient Of Performance)를 증가시켜, 성능을 향상시킬 수 있다.By providing a switching mechanism, the power supply source can be switched as needed. Specifically, in normal times, the generator power is supplied to the demand source, and when there is no demand for power from the demand source, power is supplied to the electric motor to drive the first compressor, thereby effectively utilizing the generator power generated. In particular, when there is no demand for power from the demand source, power is circulated in the system, so that the required power supply from outside the system can be reduced, thereby increasing the coefficient of performance COP (Coefficient Of Performance), thereby improving performance. You can.

상기 부하 발생부는 상기 전동기인 것이 바람직하다.It is preferable that the load generating unit is the electric motor.

전동기와 부하 발생부를 일체화함으로써, 장치의 구성 요소를 줄일 수 있고, 장치를 소형화할 수 있다. 특히, 부하 발생부가 발전기인 경우, 전동 발전기를 사용하여 제1 압축기와 팽창기를 기계적으로 접속하면 된다.By integrating the electric motor and the load generating unit, the components of the apparatus can be reduced and the apparatus can be miniaturized. In particular, when the load generator is a generator, the first compressor and the expander may be mechanically connected by using a motor generator.

상기 전동기 및 상기 부하 발생부에 기인하여 발생하는 열을 회수하고, 상기 회수한 열에 의해 물을 승온시키고, 제2 온수 취출구로부터 온수로서 취출하는 열회수 기구를 갖는 것이 바람직하다.It is preferable to have the heat recovery mechanism which collect | recovers the heat which arises from the said electric motor and the said load generation part, heats up water by the collect | recovered heat, and takes out as hot water from a 2nd hot water outlet.

전동기 등에 기인하는 전기 손실이나 메카니즘 손실에 의해 발생하는 열을 회수하여 온수를 만들기 위해 이용할 수 있다.The heat generated by the electric loss or mechanism loss caused by the electric motor or the like can be recovered and used to make hot water.

본 발명에 따르면, 공기 냉매 히트 펌프에 있어서, CAES 기술의 일부를 히트 펌프로서 이용함으로써, 공기와 물만을 이용하여 온열을 공급할 수 있다. 또한, 종래부터 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, in the air refrigerant heat pump, by using a part of the CAES technology as the heat pump, it is possible to supply heat using only air and water. Moreover, efficiency can be improved conventionally.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 히트 펌프의 개략 구성도.
도 2a는 도 1의 히트 펌프의 냉난방겸 발전 운전 시의 COP의 내역을 나타내는 막대 그래프.
도 2b는 도 1의 히트 펌프의 냉난방 전용 운전 시의 COP의 내역을 나타내는 막대 그래프.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 히트 펌프의 개략 구성도.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 히트 펌프의 개략 구성도.
1 is a schematic configuration diagram of a heat pump according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a bar graph showing a breakdown of COP during heating and cooling operation of the heat pump of FIG. 1. FIG.
FIG. 2B is a bar graph showing the details of COP during the heating and cooling only operation of the heat pump of FIG. 1.
3 is a schematic configuration diagram of a heat pump according to a second embodiment of the present invention.
4 is a schematic configuration diagram of a heat pump according to a third embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to an accompanying drawing.

(제1 실시 형태)(1st embodiment)

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 히트 펌프(2)의 개략 구성도를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 히트 펌프(2)는 발전 장치(4)로부터 입력 전력을 받고, 공기를 냉매로서 2종류의 온수(온수 A, B)와 냉수와 냉기를 작출하여, 난방 및 냉방에 이용한다. 작동유체는 공기 및 물이기 때문에, 대기 중에 누설해도 무해하다.1 shows a schematic configuration diagram of a heat pump 2 according to a first embodiment of the present invention. The heat pump 2 of this embodiment receives an input electric power from the generator 4, and produces | generates two types of hot water (hot water A, B), cold water, and cold air as a refrigerant, and uses it for heating and cooling. Since the working fluid is air and water, it is harmless to leak in the air.

본 실시 형태에서는, 환경성을 고려하여 발전 장치(4)로서 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 재생 가능 에너지를 이용한 것을 사용하고 있지만, 발전 장치(4)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 대체적으로는, 발전 장치(4)는 상용 전원에 접속된 전력 계통 등이어도 된다.In this embodiment, in consideration of environmental properties, a generator using renewable energy such as wind power generation or solar power generation is used as the power generation device 4, but the type of the power generation device 4 is not particularly limited. In general, the power generation device 4 may be a power system or the like connected to a commercial power source.

본 실시 형태의 히트 펌프(2)는 모터(전동기)(6), 제1 압축기(8), 팽창기(10), 발전기(부하 발생부)(12), 제1 열교환기(14) 및 제2 열교환기(18)를 구비하고, 공기 배관(20a 내지 20c) 및 급수 배관(22a 내지 22g)에 의해 이것들이 유체적으로 접속되어 있다.The heat pump 2 of the present embodiment includes a motor (motor) 6, a first compressor 8, an expander 10, a generator (load generator) 12, a first heat exchanger 14, and a second The heat exchanger 18 is provided, and these are fluidly connected by the air piping 20a-20c and the water supply piping 22a-22g.

먼저, 공기 배관(20a 내지 20c)의 경로에 대하여 설명한다.First, the path of the air pipes 20a to 20c will be described.

발전 장치(4)에 의해 발전된 전력은 모터(6)에 공급된다. 이후, 발전 장치(4)로부터 모터(6)에 공급되는 전력을 입력 전력이라고 한다. 모터(6)는 입력 전력에 의해 구동된다.Electric power generated by the generator 4 is supplied to the motor 6. Thereafter, the power supplied from the generator 4 to the motor 6 is referred to as input power. The motor 6 is driven by input power.

제1 압축기(8)는 모터(6)와 기계적으로 접속되어 있고, 모터(6)에 의해 구동된다. 제1 압축기(8)의 토출구(8b)는 공기 배관(20b)을 통해 팽창기(10)의 급기구(10a)와 유체적으로 접속되어 있다. 제1 압축기(8)는 모터(6)에 의해 구동되면, 흡기구(8a)로부터 공기를 흡기하고, 압축하여 토출구(8b)로부터 토출하고, 공기 배관(20b)을 통해 팽창기(10)로 압축 공기를 압송한다. 공기 배관(20b)에는 제1 열교환기(14)가 설치되어 있다.The first compressor 8 is mechanically connected to the motor 6 and is driven by the motor 6. The discharge port 8b of the first compressor 8 is fluidly connected to the air supply port 10a of the expander 10 through the air pipe 20b. When the first compressor 8 is driven by the motor 6, the air is sucked in from the intake port 8a, compressed and discharged from the discharge port 8b, and the compressed air to the expander 10 through the air pipe 20b. To be transported. The first heat exchanger 14 is provided in the air pipe 20b.

제1 열교환기(14)에서는 제1 압축기(8)로부터 팽창기(10)로 연장되는 공기 배관(20b) 내의 압축 공기와, 후술하는 급수부(28)로부터 제1 온수 취출구(38)로 연장되는 급수 배관(22b) 내의 물로 열교환하고, 제1 압축기(8)에서 발생한 압축열로 급수 배관(22b) 내의 물을 가열하고 있다. 즉, 제1 열교환기(14)에서는, 압축 공기의 온도는 저하되고, 물의 온도는 상승한다. 제1 열교환기(14)에서는 열교환량을 조정함으로써 각각 소정의 온도로 조정할 수 있고, 본 실시 형태에서는 물을 상온 이상으로 승온시키고, 압축 공기를 상온 이하로 강온시키고 있다. 여기서, 물의 상온이란, 공업 용수의 온도나, 쿨링타워를 사용하여 대기와 열교환한 후의 물의 온도 등이고, 일반적으로는 5 내지 30℃의 범위에서, 지역이나 계절에 의해 변동된다. 또한, 공기의 상온이란, 대기의 온도이고, 일반적으로는 0 내지 40℃의 범위에서, 지역이나 계절에 따라 변동된다.In the first heat exchanger (14), the compressed air in the air pipe (20b) extending from the first compressor (8) to the expander (10) and extending from the water supply unit (28) described later to the first hot water outlet (38). Heat is exchanged with water in the water supply pipe 22b, and the water in the water supply pipe 22b is heated by the compressed heat generated by the first compressor 8. That is, in the 1st heat exchanger 14, the temperature of compressed air falls and the temperature of water rises. In the 1st heat exchanger 14, it can adjust to predetermined temperature, respectively, by adjusting the heat exchange amount, In this embodiment, water is heated up above normal temperature, and compressed air is cooled down below normal temperature. Here, the normal temperature of water is the temperature of industrial water, the temperature of the water after heat-exchanging with air | atmosphere using a cooling tower, etc., and it changes generally with a region and a season in 5-30 degreeC. In addition, the normal temperature of air is the temperature of air | atmosphere, and it changes generally with an area and a season in the range of 0-40 degreeC.

팽창기(10)는 발전기(12)와 기계적으로 접속되어 있다. 급기구(10a)로부터 압축 공기가 급기된 팽창기(10)는 급기된 압축 공기에 의해 작동하고, 발전기(12)를 구동한다. 발전기(12)는 스위치(24)를 통해 전력 계통(16) 및 모터(6)에 전기적으로 접속되어 있다(도 1의 일점 쇄선 참조). 따라서, 발전기(12)에서 발전한 전력(이후, 발전 전력이라고 함)은 전력 계통(16) 또는 모터(6)에 공급된다. 발전 전력의 공급처는 스위치(전환 기구)(24)를 전환함으로써 변경할 수 있다. 스위치(24)의 전환은 전력 계통(16)으로부터 요구되는 수요 전력에 따라 전환되어도 된다. 구체적으로는, 발전기(12)로부터 전력 계통(16)으로 전력 송전이 불필요한 경우, 냉난방 전용 운전으로 하여, 스위치(24)를 전환하여 발전기(12)의 발전 전력을 제1 압축기(8)의 모터(6)에 공급한다. 발전기(12)로부터 전력 계통(16)으로 전력 송전이 필요한 경우, 냉난방 발전 겸용 운전으로 하여, 스위치(24)를 전환하여 발전기(12)의 발전 전력을 전력 계통(16)에 공급한다. 특히, 수요처로부터의 전력 수요가 없고, 발전기(12)로부터 전력 계통(16)으로 전력 송전이 불필요한 경우, 냉난방 전용 운전으로 하여 전력을 시스템 내에서 순환 이용하기 때문에, 모터(6)를 구동하기 위해 필요한 시스템 외로부터의 공급 전력을 저감시킬 수 있고, 따라서 성적 계수 COP(Coefficient Of Performance)를 증가시켜, 성능을 향상시킬 수 있다.The inflator 10 is mechanically connected to the generator 12. The inflator 10 supplied with compressed air from the air supply port 10a is operated by the compressed air supplied with air, and drives the generator 12. The generator 12 is electrically connected to the power system 16 and the motor 6 via a switch 24 (see dashed line in FIG. 1). Therefore, the electric power generated by the generator 12 (hereinafter referred to as generated electric power) is supplied to the electric power system 16 or the motor 6. The supply source of generated electric power can be changed by switching the switch (switching mechanism) 24. Switching of the switch 24 may be switched in accordance with demand power required from the power system 16. Specifically, when electric power transmission from the generator 12 to the power system 16 is unnecessary, the heating and cooling dedicated operation is performed, and the switch 24 is switched to generate the generated power of the generator 12 to supply the motor of the first compressor 8. It supplies to (6). When electric power transmission is necessary from the generator 12 to the electric power system 16, it switches to the heating and cooling power generation operation, switches the switch 24, and supplies the generated electric power of the electric generator 12 to the electric power system 16. FIG. In particular, when there is no demand for electric power from the demand source, and power transmission is unnecessary from the generator 12 to the electric power system 16, in order to drive the motor 6 because electric power is circulated and used in a system for exclusively heating and cooling. It is possible to reduce the power supply from outside the required system, thus increasing the coefficient of performance COP (Coefficient Of Performance), thereby improving the performance.

팽창기(10)에서 팽창된 공기는 팽창 시의 흡열에 의해 냉각되고, 배기구(10b)로부터 공기 배관(20c) 내로 송출된다. 팽창기(10)의 급기구(10a)에 공급된 압축 공기는 제1 열교환기(14)에 의해 상온 이하로 강온되어 있기 때문에, 팽창기(10)에서 더욱 냉각됨으로써 확실하게 상온 이하의 냉기로서 공기 배관(20c) 내로 송출된다. 공기 배관(20c)에는 제2 열교환기(18)가 설치되어 있다. 상온 이하로 강온한 냉기는 공기 배관(20c)을 통해 제2 열교환기(18)에 공급된다.The air expanded in the expander 10 is cooled by the endotherm at the time of expansion, and is sent out from the exhaust port 10b into the air pipe 20c. Since the compressed air supplied to the air supply port 10a of the expander 10 is lowered to room temperature or lower by the first heat exchanger 14, the air pipe is reliably cooled by the expander 10 to be cold air below room temperature. It is sent out in 20c. The second heat exchanger 18 is provided in the air pipe 20c. The cold air cooled to below room temperature is supplied to the second heat exchanger 18 through the air pipe 20c.

제2 열교환기(18)에서는 팽창기(10)로부터 냉기 취출구(26)까지 연장되는 공기 배관(20c) 내의 상온 이하의 공기와, 후술하는 분류부(36)로부터 냉수 취출구(30)까지 연장되는 급수 배관(22c) 내의 물로 열교환하고, 물을 상온 이하로 강온시키고 있다. 즉, 제2 열교환기(18)에서는, 공기의 온도는 상승하고, 물의 온도는 저하된다. 단, 제2 열교환기(18)에서는 열교환량을 조정함으로써, 공기는 가열되지만 상온 이하로 유지되어 있다. 제2 열교환기(18)에서의 열교환 후, 상온 이하로 유지된 공기, 즉 냉기는 공기 배관(20c)을 통해 냉기 취출구(26)에 공급되고, 냉기 취출구(26)로부터 히트 펌프의 외부로 취출되고, 냉방에 이용된다. 냉방의 수요처는, 예를 들어 컴퓨터의 냉각에 방대한 냉방이 요구되는 데이터 센터나, 제조 공정에 있어서의 제약으로부터 일정 온도로 조정해 두는 것이 요구되는 정밀 기계 공장 및 반도체 공장 등이 있다.In the 2nd heat exchanger 18, the air below normal temperature in the air piping 20c extended from the expander 10 to the cold air outlet 26, and the water supply extended from the fractionation part 36 mentioned later to the cold water outlet 30 are mentioned. It heat-exchanges with the water in the piping 22c, and makes water fall below normal temperature. That is, in the 2nd heat exchanger 18, the temperature of air rises and the temperature of water falls. In the second heat exchanger 18, however, by adjusting the heat exchange amount, the air is heated but kept at or below room temperature. After the heat exchange in the second heat exchanger 18, air maintained at room temperature or lower, that is, cold air, is supplied to the cold air outlet 26 through the air pipe 20c, and is blown out of the heat pump from the cold air outlet 26. It is used for cooling. The demand for cooling includes, for example, a data center where enormous cooling is required for cooling a computer, a precision machine shop, a semiconductor factory, and the like, which require adjustment at a constant temperature due to restrictions in the manufacturing process.

이어서, 급수 배관(22a 내지 22g)의 경로에 대하여 설명한다.Next, the path | route of the water supply piping 22a-22g is demonstrated.

급수부(28)로부터 공급된 물은 급수 배관(22a) 내에서 펌프(32a)에 의해 가압되어 유동한다. 급수 배관(22a)에는 쿨링타워(34)가 설치되어 있고, 급수 배관(22a) 내의 물은 쿨링타워(34)에 의해 일정 온도까지 냉각된다. 냉각 온도는, 예를 들어 상온 정도여도 되고, 개개의 열교환기(14, 18, 40, 42)에 있어서의 열교환량에 기초하여 결정되어도 된다. 급수 배관(22a)은 쿨링타워(34) 하류의 분류부(36)에서 급수 배관(22b 내지 22e)으로 나뉜다.Water supplied from the water supply part 28 is pressurized by the pump 32a and flows in the water supply pipe 22a. The cooling tower 34 is provided in the water supply pipe 22a, and the water in the water supply pipe 22a is cooled to a predetermined temperature by the cooling tower 34. Cooling temperature may be about room temperature, for example, and may be determined based on the heat exchange amount in each heat exchanger 14,18,40,42. The water supply pipe 22a is divided into the water supply pipes 22b to 22e at the fractionation section 36 downstream of the cooling tower 34.

급수 배관(22b)은 일단이 분류부(36), 타단이 제1 온수 취출구(38)에 접속되어 있다. 급수 배관(22b)에 설치된 제1 열교환기(14)에 있어서 상온 이상으로 승온한 물은 제1 온수 취출구(38)로부터 온수 A로서 히트 펌프의 외부로 취출되고, 난방 등에 이용된다.One end of the water supply pipe 22b is connected to the dividing section 36 and the other end of the water supply pipe 22b. In the 1st heat exchanger 14 provided in the water supply pipe 22b, the water heated up more than normal temperature is taken out from the 1st hot water outlet 38 as hot water A to the outside of a heat pump, and is used for heating.

급수 배관(22c)은 일단이 분류부(36), 타단이 냉수 취출구(30)에 접속되어 있다. 급수 배관(22c)에 설치된 제2 열교환기(18)에 있어서 상온 이하로 강온한 물은 냉수 취출구(30)로부터 냉수로서 히트 펌프의 외부로 취출되고, 냉방 등에 이용된다. 이와 같이, 온수뿐만 아니라 냉수도 취출할 수 있기 때문에, 성적 계수 COP를 증가시켜, 성능을 향상시킬 수 있다.One end of the water supply pipe 22c is connected to the splitter 36 and the other end to the cold water outlet 30. In the second heat exchanger 18 provided in the water supply pipe 22c, the water lowered to room temperature or less is taken out from the cold water outlet 30 as cold water to the outside of the heat pump and used for cooling. Thus, since not only hot water but also cold water can be taken out, performance coefficient COP can be increased and a performance can be improved.

급수 배관(22d)은 일단이 분류부(36), 타단이 제2 온수 취출구(44)에 접속되어 있다. 급수 배관(22e)은 일단이 분류부(36), 타단이 제3 열교환기(40) 하류의 급수 배관(22d)에 합류하고 있다. 급수 배관(22d) 및 급수 배관(22e)에는 내부의 물을 승온시키기 위해, 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)가 각각 설치되어 있다.One end of the water supply pipe 22d is connected to the splitter 36 and the other end to the second hot water outlet 44. One end of the water supply pipe 22e joins the flow dividing unit 36 and the other end of the water supply pipe 22d downstream of the third heat exchanger 40. The third heat exchanger 40 and the fourth heat exchanger 42 are respectively provided in the water supply pipe 22d and the water supply pipe 22e to heat up the water in the interior.

본 실시 형태에서는 모터(6) 및 발전기(12)에 기인하는 전기 손실이나 메커니컬 손실과 같은 압축열과 비교하면 작지만 온수를 작출할 수 있는 열도 회수하기 위해, 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)가 설치되어 있다. 전기 손실에는 모터(6) 및 발전기(12)에 기인하는 도시하지 않은 인버터 손실 및 컨버터 손실을 포함한다. 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)에서는 급수 배관(22d) 및 급수 배관(22e) 내의 물과, 모터(6) 및 발전기(12)로부터 열 회수 펌프(32b, 32c)에 의해 순환하는 열매체 배관(21a, 21b) 내의 윤활유 등의 열매체로 각각 열교환하고 있다. 즉, 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)에서는 물의 온도는 상승하고, 열매체의 온도는 저하된다. 소정의 온도까지 승온된 물은 온수 B로서 제2 온수 취출구(44)로부터 히트 펌프의 외부로 취출된다. 따라서, 열매체 배관(21a, 21b), 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)는 본 발명의 열회수 기구(46)에 포함된다. 제2 온수 취출구(44)로부터 취출된 온수 B는 제1 온수 취출구(38)로부터 취출된 온수 A보다, 통상 온도가 낮기 때문에, 비교적 저온에서도 이용 가능한 온욕 시설, 온수 풀 및 농업 시설 등에서 난방에 이용하는 것이 생각된다.In the present embodiment, the third heat exchanger 40 and the fourth heat exchanger are used to recover heat that is small compared to compressed heat such as electric loss or mechanical loss caused by the motor 6 and the generator 12, but also to recover hot water. The machine 42 is provided. Electrical losses include inverter losses and converter losses not shown due to the motor 6 and the generator 12. In the third heat exchanger 40 and the fourth heat exchanger 42, water in the water supply pipe 22d and the water supply pipe 22e, and the motor 6 and the generator 12 are transferred to the heat recovery pumps 32b and 32c. It heat-exchanges with heat mediums, such as lubricating oil, in the heat medium piping 21a, 21b which circulates by this. That is, in the 3rd heat exchanger 40 and the 4th heat exchanger 42, the temperature of water rises and the temperature of a heat medium falls. The water heated up to a predetermined temperature is taken out from the second hot water outlet 44 as the hot water B to the outside of the heat pump. Therefore, the heat medium pipes 21a and 21b, the third heat exchanger 40 and the fourth heat exchanger 42 are included in the heat recovery mechanism 46 of the present invention. Since hot water B taken out from the second hot water outlet 44 is usually lower in temperature than hot water A taken out from the first hot water outlet 38, it is used for heating in a hot bath facility, a hot water pool, an agricultural facility, and the like that can be used at a relatively low temperature. I think that.

냉방 및 난방에 이용된 냉수 및 온수 A, B는 급수 배관(22f, 22g)을 통해 배수부(48)로부터 회수된다. 배수부(48)와 급수부(28)는 도시하지 않은 배관에 의해 접속되어 있고, 배수부(48)로부터 회수된 물은 다시 급수부(28)로부터 급수 배관(22a)을 통해 쿨링타워(34)를 거쳐서 개개의 열교환기(14, 18, 40, 42)에 공급된다. 즉, 본 실시 형태에서 사용되는 물은 급수 배관(22a 내지 22g)에 있어서 순환 사용되어 있다.Cold water and hot water A and B used for cooling and heating are recovered from the drain 48 through the water supply pipes 22f and 22g. The drain 48 and the water supply 28 are connected by piping (not shown), and the water recovered from the drain 48 is cooled again by the cooling tower 34 from the water supply 28 through the water supply pipe 22a. Are supplied to the individual heat exchangers 14, 18, 40, 42. In other words, the water used in the present embodiment is circulated in the water supply pipes 22a to 22g.

바람직하게는, 제1 열교환기(14) 및 제2 열교환기(18)는 원하는 온도의 온수 A, B, 냉수 및 냉기를 얻기 위해 대용량의 열교환이 가능한 플레이트 열교환기를 사용하는 편이 좋다.Preferably, the first heat exchanger 14 and the second heat exchanger 18 preferably use a plate heat exchanger capable of a large amount of heat exchange to obtain hot water A, B, cold water and cold air at a desired temperature.

또한, 본 실시 형태의 제1 압축기(8) 및 팽창기(10)는 그 종류는 한정되지 않고, 스크루식, 스크롤식, 터보식 및 레시프로식 등이어도 된다. 단, 본 실시 형태의 발전 장치(4)에 대응하도록 재생 가능 에너지 등의 불규칙하게 변동되는 입력 전력에 대해서는, 응답성 높게 리니어에 추종하기 때문에 스크루식이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 제1 압축기(8) 및 팽창기(10)의 수는 모두 1대이지만, 대수는 특별히 한정되지 않고, 2대 이상을 병렬로 설치해도 된다.In addition, the kind of the 1st compressor 8 and the expander 10 of this embodiment is not limited, A screw type, a scroll type, a turbo type, and a recipe type | mold may be sufficient. However, for the input power that is irregularly changed such as renewable energy so as to correspond to the power generation device 4 of the present embodiment, the screw type is preferable because it follows the linear with high responsiveness. In addition, although the number of the 1st compressor 8 and the expander 10 of this embodiment is all one, the number is not specifically limited, You may provide two or more in parallel.

히트 펌프(2)의 성능에 대하여 설명한다.The performance of the heat pump 2 is demonstrated.

히트 펌프(2)와 같은 냉난방 시스템의 성능을 평가하기 위한 계수로서 성적 계수 COP가 있다. COP는 시스템으로의 공급 전력 Li를 발생 전열량 LQ로 나눔으로써 구해진다(COP=LQ/Li). 본 실시 형태에서는, 스위치(24)에 의해, 냉난방 발전 겸용 운전과 냉난방 전용 운전이 전환 가능하다. 따라서, 양 운전 모드에 대하여, 이하, 시스템으로의 공급 전력 Li나 발생 전열량 LQ의 개개의 회수 열량을 예시하면서 설명하지만, 예시하는 수치에 대해서는 특별히 본 발명의 범위를 한정하는 의도는 아니다.There is a grade factor COP as a coefficient for evaluating the performance of a cooling and heating system such as the heat pump 2. COP is obtained by dividing the power supply Li to the system by the amount of heat generated LQ (COP = LQ / Li). In the present embodiment, the switch 24 can switch between the heating and cooling generation combined operation and the heating and cooling only operation. Therefore, the two operating modes will be described below by illustrating the individual recovered calories of the power supply Li and the generated heat transfer amount LQ to the system. However, the numerical values illustrated are not particularly intended to limit the scope of the present invention.

도 2a는 본 실시 형태의 냉난방 발전 겸용 운전인 경우, 도 2b는 냉난방 전용 운전인 경우의 COP의 내역을 나타내는 막대 그래프이다.FIG. 2A is a bar graph showing the breakdown of the COP in the case of the cooling / heating combined use operation of the present embodiment, and FIG. 2B.

먼저, 도 2a를 참조하여 냉난방 발전 겸용 운전인 경우에 대하여 설명한다.First, with reference to Figure 2a will be described the case of combined operation of heating and cooling power generation.

시스템으로의 공급 전력 Li는 발전 장치(4)에 의해 발전되고, 모터(6)를 구동하기 위해 발전 장치(4)로부터 90㎾ 정도의 전력으로서 공급된다.The power supply Li to the system is generated by the power generation device 4, and supplied as power of about 90 kW from the power generation device 4 to drive the motor 6.

발생 전열량 LQ는 취출한 온수 A, 온수 B, 냉수 및 냉기의 열량의 합계에, 발전기(12)에서 발전하여 전력 계통(16)에 공급한 전력량 Lg를 가산한 것으로 표현된다.The generated heat transfer amount LQ is expressed by adding the amount of power Lg generated by the generator 12 and supplied to the electric power system 16 to the sum of the heat amounts of hot water A, hot water B, cold water and cold air taken out.

제1 온수 취출구(38)로부터 취출되는 온수 A는 제1 압축기(8)에 있어서의 압축열을 이용하여 제1 열교환기(14)에서 가열된 온수이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 90℃ 정도의 온수 A를 회수할 수 있고, 회수 열량은 65㎾ 정도이다. 온수 A의 회수 온도는 제1 압축기(8)의 토출 공기 온도가 -10℃ 내지 60℃ 정도가 되도록 제1 열교환기(14)의 사양을 조정하여 결정해도 된다.The hot water A taken out from the first hot water outlet 38 is hot water heated by the first heat exchanger 14 using the heat of compression in the first compressor 8. In this embodiment, hot water A of about 90 ° C. can be recovered, for example, and the amount of heat recovered is about 65 kPa. The recovery temperature of the hot water A may be determined by adjusting the specifications of the first heat exchanger 14 such that the discharge air temperature of the first compressor 8 is about -10 ° C to 60 ° C.

제2 온수 취출구(44)로부터 취출되는 온수 B는 모터(6) 및 발전기(12)에 있어서의 전기 손실이나 메커니컬 손실에 의해 발생하는 열을 이용하여 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)에서 가열된 온수이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 70℃ 정도의 온수 B를 회수할 수 있고, 회수 열량은 15㎾ 정도이다.The hot water B taken out from the second hot water outlet 44 uses the heat generated by the electric loss or the mechanical loss in the motor 6 and the generator 12 to utilize the third heat exchanger 40 and the fourth heat exchanger. It is hot water heated at 42. In this embodiment, hot water B of about 70 ° C. can be recovered, for example, and the amount of heat recovered is about 15 kPa.

냉기 취출구(26)로부터 취출되는 냉기는 팽창기(10)에 있어서의 팽창 시의 흡열에 의해 냉각된 냉기이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 팽창기(10)의 배기구(10b)로부터 송출되는 냉기가 -50℃ 내지 -110℃ 정도이고, 그곳으로부터 제2 열교환기(18)에서 가열되고 최종적으로 10℃ 내지 17℃ 정도의 냉기를 회수할 수 있고, 회수 열량은 7㎾ 정도이다.The cold air taken out from the cold air outlet 26 is cold air cooled by the endotherm at the time of expansion in the expander 10. In the present embodiment, for example, cold air discharged from the exhaust port 10b of the expander 10 is about -50 ° C to -110 ° C, and is heated in the second heat exchanger 18 therefrom and finally 10 ° C to 17 ° C. The cold air of about degreeC can be collect | recovered, and a recovery heat amount is about 7 kPa.

냉수 취출구(30)로부터 취출되는 냉수는 팽창기(10)로부터 송출되는 냉기에 의해 제2 열교환기(18)에서 냉각된 냉수이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 7℃ 정도의 냉수를 회수할 수 있고, 회수 열량은 40㎾ 정도이다.Cold water taken out from the cold water outlet 30 is cold water cooled by the second heat exchanger 18 by cold air sent out from the expander 10. In the present embodiment, for example, cold water at about 7 ° C. can be recovered, and the amount of recovered heat is about 40 kPa.

발전기(12)에서 발전하여 전력 계통(16)에 공급하는 전력량 Lg는 40kw 정도이다.The amount of power Lg generated by the generator 12 and supplied to the electric power system 16 is about 40 kw.

발생 전열량 LQ는 이것들의 합계이기 때문에 LQ=167(=15+65+40+7+40)kW가 된다.Since the total amount of heat generated LQ is the sum of these, LQ = 167 (= 15 + 65 + 40 + 7 + 40) kW.

따라서, 본 실시 형태에 있어서의 냉난방 발전 겸용 운전 시의 히트 펌프(2)의 성적 계수는 COP=1.86(=167kW/90kW)이 된다.Therefore, the coefficient of performance of the heat pump 2 at the time of combined-use heating and cooling power generation in this embodiment becomes COP = 1.86 (= 167 kW / 90 kW).

이어서, 도 2b를 참조하여 냉난방 전용 운전인 경우에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 2B, the case of only a heating / cooling operation is demonstrated.

시스템으로의 공급 전력 Li는 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 재생 가능 에너지를 이용한 발전 장치(4)에 의해 발전되고, 모터(6)를 구동하기 위해 50㎾ 정도의 전력으로서 공급된다. 모터(6)를 구동하기 위해서는 90㎾ 정도의 전력이 필요하지만, 냉난방 전용 운전인 경우, 발전기(12)로부터 나머지의 40㎾ 정도의 전력이 시스템 내에서 순환 공급된다. 따라서, 시스템으로의 공급 전력 Li는 50㎾ 정도가 된다.The power supply Li to the system is generated by the power generation device 4 using renewable energy such as wind power generation and solar power generation, and is supplied as electric power of about 50 kW to drive the motor 6. In order to drive the motor 6, about 90 kW of electric power is required. However, in the case of a dedicated heating and cooling operation, the remaining power of about 40 kW is circulated and supplied from the generator 12 in the system. Therefore, the power supply Li to the system is about 50 kW.

발생 전열량 LQ는 개별적으로 취출하는 열량(온수 A, B, 냉수 및 냉기)은 냉난방 발전 겸용 운전인 경우와 바뀌지 않지만, 발전기(12)에서 발전하여 전력 계통(16)에 공급하는 전력량 Lg는 존재하지 않기 때문에 0㎾가 된다. 따라서, 발생 전열량 LQ는 이것들의 합계이기 때문에 LQ=127(=15+65+40+7+0)kW가 된다.The amount of heat generated LQ does not change as the amount of heat taken out separately (hot water A, B, cold water and cold air) from the case of the combined operation of heating and cooling power generation, but the amount of electricity Lg generated by the generator 12 and supplied to the power system 16 exists. 0㎾ is not used. Therefore, since the generated heat quantity LQ is the sum of these, LQ = 127 (= 15 + 65 + 40 + 7 + 0) kW.

따라서, 본 실시 형태에 있어서의 냉난방 전용 운전 시의 히트 펌프(2)의 성적 계수는 COP=2.54(=127kW/50kW)가 되고, 종래까지의 공기 냉매의 히트 펌프로부터 크게 성능이 개선되고, 종래까지 곤란했던 COP=2.0을 초과한다.Therefore, the coefficient of performance of the heat pump 2 at the time of an exclusive operation for cooling and heating in this embodiment becomes COP = 2.54 (= 127 kW / 50 kW), and the performance improves significantly from the heat pump of the air refrigerant until now, Exceeds COP = 2.0, which was difficult until.

(제2 실시 형태)(2nd embodiment)

도 3은 제2 실시 형태의 히트 펌프(2)의 개략 구성도를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 히트 펌프(2)는 모터와 발전기가 일체로 된 전동 발전기(50)가 사용되고 있는 것에 관한 것 이외는 도 1의 제1 실시 형태의 구성과 실질적으로 마찬가지이다. 따라서, 도 1에 나타낸 구성과 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.3 shows a schematic configuration diagram of the heat pump 2 of the second embodiment. The heat pump 2 of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment of FIG. 1 except that the motor generator 50 in which the motor and the generator are integrated is used. Therefore, the description about the same part as the structure shown in FIG. 1 is abbreviate | omitted.

본 실시 형태에서는, 모터와 발전기가 일체로 된 전동 발전기(50)를 통해 동축에 제1 압축기(8)와 팽창기(10)가 기계적으로 접속되어 있다. 전동 발전기(50)를 사용하여 제1 압축기(8)와 팽창기(10)를 접속함으로써, 압축 공기의 대기 팽창 토크를 공기 압축 토크의 보조로서 사용할 수 있고, 전동 발전기(50)로의 입력 전력을 저감시킬 수 있다. 제1 실시 형태로부터 발전기(12)(도 1 참조)가 실질적으로 생략된 것으로, 열회수 기구(46)가 간략화되고, 제1 실시 형태로부터 열매체 배관(21b)(도 1 참조), 펌프(32c) 및 제4 열교환기(42)(도 1 참조)가 생략되어 있다. 이로 인해, 시스템 코스트를 저감시킬 수 있음과 함께, 발전기에 있어서의 전기 손실이나 메카니즘 손실, 또한 발전기용 인버터 손실 및 컨버터 손실을 삭감할 수 있다.In the present embodiment, the first compressor 8 and the expander 10 are mechanically connected coaxially via the motor generator 50 in which the motor and the generator are integrated. By connecting the first compressor 8 and the expander 10 using the motor generator 50, the atmospheric expansion torque of the compressed air can be used as an aid of the air compression torque, and the input power to the motor generator 50 is reduced. You can. Since the generator 12 (refer FIG. 1) is substantially abbreviate | omitted from 1st Embodiment, the heat recovery mechanism 46 is simplified, and the heat medium piping 21b (refer FIG. 1) and the pump 32c from 1st Embodiment. And the fourth heat exchanger 42 (see FIG. 1) are omitted. As a result, the system cost can be reduced, and electrical losses and mechanism losses in the generator, as well as inverter losses and converter losses for the generator can be reduced.

(제3 실시 형태)(Third embodiment)

도 4는 제3 실시 형태의 히트 펌프(2)의 개략 구성도를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 히트 펌프(2)는 압축 공기 저장(CAES) 발전 장치(2)이다. 구체적으로는, CAES 발전 장치(2)는, 도 1에 나타내는 제1 실시 형태의 히트 펌프(2)의 구성에 더하여, 제1 축압 탱크(제1 축압부)(52) 및 제2 축압 탱크(제2 축압부)(54)를 구비한다. CAES 발전 장치(2)는 압축 공기의 형식으로 에너지를 저장할 수 있고, 필요에 따라 전력으로 변환할 수 있기 때문에, 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 재생 가능 에너지를 이용한 발전 장치(4)와 같이 발전하는 전력이 불규칙하게 변동되는 불안정한 발전을 평활화할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 구성이 공통되는 부분이 많기 때문에, 도 1에 나타낸 구성과 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.4 shows a schematic configuration diagram of the heat pump 2 of the third embodiment. The heat pump 2 of this embodiment is the compressed air storage (CAES) generator 2. Specifically, in addition to the configuration of the heat pump 2 of the first embodiment shown in FIG. 1, the CAES power generator 2 includes a first accumulator tank (first accumulator) 52 and a second accumulator tank ( Second accumulator 54). Since the CAES power generation device 2 can store energy in the form of compressed air and can be converted into electric power as needed, power generation like the power generation device 4 using renewable energy such as wind power generation and solar power generation, etc. This can smooth the unstable power generation in which the power fluctuates irregularly. In this embodiment, since the structure common to 1st embodiment has many parts, description is abbreviate | omitted about the part same as the structure shown in FIG.

본 실시 형태의 CAES 발전 장치(2)는 제1 압축기(8)로부터 팽창기(10)로 연장되는 공기 배관(20b)에 제1 압축기(8)로부터 토출된 압축 공기를 저장하는 제1 축압 탱크(52)가 설치되어 있다. 즉, 제1 축압 탱크(52)에는 압축 공기의 형식으로 에너지를 축적할 수 있다. 제1 축압 탱크(52)에서 축적된 압축 공기는, 공기 배관(20c)을 통해 팽창기(10)에 공급된다. 공기 배관(20c)에는 밸브(56)가 설치되어 있고, 밸브(56)를 개폐함으로써 팽창기(10)로의 압축 공기의 공급을 허용 또는 차단할 수 있다. 제1 축압 탱크(52)에 의해 압축 공기로서 에너지를 저장하고, 필요에 따라 팽창기(10)에 압축 공기를 공급하여 발전기(12)를 구동하여 발전함으로써 재생 가능 에너지에 의한 발전 장치(4)의 발전 출력을 평활화할 수 있다.The CAES power generation device 2 of the present embodiment includes a first pressure storage tank that stores compressed air discharged from the first compressor 8 in an air pipe 20b extending from the first compressor 8 to the expander 10 ( 52) is installed. That is, the first accumulator tank 52 can store energy in the form of compressed air. The compressed air accumulated in the first pressure storage tank 52 is supplied to the expander 10 through the air pipe 20c. The valve 56 is provided in the air pipe 20c, and the opening and closing of the valve 56 can allow or block the supply of compressed air to the expander 10. The first accumulator tank 52 stores energy as compressed air, supplies compressed air to the expander 10 as needed, drives the generator 12 to generate electricity, and thereby generates power of the generator 4 by renewable energy. The power generation output can be smoothed.

또한, 본 실시 형태의 CAES 발전 장치(2)는 제1 압축기(8)보다도 공기를 고압으로 압축하는 제2 압축기(58)와, 제1 축압 탱크(52)의 허용 축압값보다도 고압의 허용 축압값을 갖는 제2 축압 탱크(54)를 구비한다. 여기서 허용 축압값이란, 축압 탱크의 고장이나 파괴로 연결되지 않는 최고 사용 압력을 말한다.In addition, the CAES power generation device 2 of the present embodiment has an allowable shaft having a higher pressure than the allowable accumulator value of the second compressor 58 and the first accumulator tank 52 which compress air at a higher pressure than the first compressor 8. A second pressure storage tank 54 having a pressure value is provided. Here, the allowable accumulator value means the maximum working pressure which is not linked to failure or breakdown of the accumulator tank.

제2 압축기(58)에는 제1 압축기(8)와 마찬가지로 모터(7)가 기계적으로 접속되어 있다. 제2 압축기(58)는 모터(7)에 구동되고, 흡기구(58a)로부터 흡기하고, 제1 압축기(8)보다도 고압으로 공기를 압축하고, 토출구(58b)로부터 제2 축압 탱크(54)로 압축 공기를 공급한다. 따라서, 제2 축압 탱크(54) 내의 압력은, 통상, 제1 축압 탱크(52) 내의 압력보다도 높다. 제1 축압 탱크와 제2 축압 탱크(54)의 압력(축압값)의 예로서, 제1 축압 탱크(52)를 0.98㎫ 미만으로 하고, 제2 축압 탱크(54)를 4.5㎫ 정도로 하는 것이 생각된다.Like the first compressor 8, the motor 7 is mechanically connected to the second compressor 58. The second compressor 58 is driven by the motor 7, intakes from the intake port 58a, compresses air at a higher pressure than the first compressor 8, and discharges it from the discharge port 58b to the second storage tank 54. Supply compressed air. Therefore, the pressure in the 2nd pressure storage tank 54 is usually higher than the pressure in the 1st pressure storage tank 52. As an example of the pressure (pressure value) of the 1st storage tank and the 2nd storage tank 54, it is thought that the 1st storage tank 52 shall be less than 0.98 Mpa, and the 2nd storage tank 54 shall be about 4.5 MPa. do.

제2 축압 탱크(54)는 제1 축압 탱크(52) 및 팽창기(10)와 공기 배관(20d)을 통해 유체적으로 접속되어 있다. 구체적으로는, 공기 배관(20d)의 일단은 제2 축압 탱크(54)에 유체적으로 접속되고, 타단은 공기 배관(20c)에 유체적으로 접속되어 있다. 공기 배관(20d)에는 유량 조정 밸브(60)가 설치되어 있고, 유량 조정 밸브(60)의 개방도를 조정함으로써 제1 축압 탱크(52) 및 팽창기(10)에 공급하는 공기의 유량을 조정할 수 있다. 팽창기(10)에 감압한 고압 공기를 공급함으로써 발전기(12)를 구동하여 발전하고, 제1 축압 탱크(52)에 감압한 고압 공기를 공급함으로써 감소한 제1 축압 탱크(52)에 저장된 압축 공기량을 보충할 수 있다.The second pressure storage tank 54 is fluidly connected to the first pressure storage tank 52 and the expander 10 through an air pipe 20d. Specifically, one end of the air pipe 20d is fluidly connected to the second pressure storage tank 54, and the other end is fluidly connected to the air pipe 20c. 20 d of air pipings are provided with the flow regulating valve 60, and by adjusting the opening degree of the flow regulating valve 60, the flow volume of the air supplied to the 1st pressure storage tank 52 and the expander 10 can be adjusted. have. By supplying the high pressure air reduced in pressure to the expander 10, the generator 12 is driven to generate power, and the amount of compressed air stored in the first pressure storage tank 52 reduced by supplying the high pressure air reduced in pressure to the first pressure storage tank 52. You can supplement.

제2 축압 탱크(54)와 제2 압축기(58)를 설치함으로써, 정전 등의 비상 시에 장시간에 걸쳐 긴급 전원과 냉방을 공급할 수 있다. 구체적으로는, 통상 시, 유량 조정 밸브(60)가 폐쇄되어 있고, 제2 축압 탱크(54)의 내압이 높게 유지되어 있다. 정전 등이 일어나 많은 발전량이 필요한 경우나, 장시간 발전하여 제1 축압 탱크(52)의 내압이 저하된 경우에, 유량 조정 밸브(60)를 개방하여, 제2 축압 탱크(54)로부터 팽창기(10)로 많은 압축 공기를 공급한다. 이에 의해, 팽창기(10)에 의해 구동되는 발전기(12)의 발전량의 저하를 방지할 수 있고, 동시에 냉기 및 냉수를 취출할 수도 있다. 이것은 데이터 센터나 대형의 컴퓨터 등의 대량의 냉열이 필요한 수요가에 대하여 특히 유효하다.By providing the second pressure storage tank 54 and the second compressor 58, emergency power and cooling can be supplied for a long time in an emergency such as a power failure. Specifically, the flow regulating valve 60 is normally closed, and the internal pressure of the second pressure storage tank 54 is maintained high. When a large amount of power generation is required due to a power failure or the like, or when the internal pressure of the first accumulator tank 52 decreases due to power generation for a long time, the flow regulating valve 60 is opened to expand the expander 10 from the second accumulator tank 54. Supply a lot of compressed air. Thereby, the fall of the generation amount of the generator 12 driven by the expander 10 can be prevented, and cold air and cold water can also be taken out at the same time. This is particularly effective for demands that require large amounts of cold heat, such as data centers and large computers.

2 : 히트 펌프(압축 공기 저장(CAES) 발전 장치)
4 : 발전 장치
6, 7 : 모터(전동기)
8 : 제1 압축기
8a : 흡기구
8b : 토출구
10 : 팽창기
10a : 급기구
10b : 배기구
12 : 발전기(부하 발생부)
14 : 제1 열교환기
16 : 전력 계통
18 : 제2 열교환기
20a, 20b, 20c, 20d : 공기 배관
21a, 21b : 열매체 배관
22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g : 급수 배관
24 : 스위치(전환 기구)
26 : 냉기 취출구
28 : 급수부
30 : 냉수 취출구
32a, 32b, 32c : 펌프
34 : 쿨링타워
36 : 분류부
38 : 제1 온수 취출구
40 : 제3 열교환기
42 : 제4 열교환기
44 : 제2 온수 취출구
46 : 열회수 기구
48 : 배수부
50 : 전동 발전기
52 : 제1 축압 탱크(제1 축압부)
54 : 제2 축압 탱크(제2 축압부)
56 : 밸브
58 : 제2 압축기
58a : 흡기구
58b : 토출구
60 : 유량 조정 밸브
2: heat pump (compressed air storage (CAES) generator)
4: power generation device
6, 7: motor (motor)
8: first compressor
8a: intake vent
8b: discharge port
10: inflator
10a: air supply
10b: exhaust vent
12: generator (load generator)
14: first heat exchanger
16: power system
18: second heat exchanger
20a, 20b, 20c, 20d: air piping
21a, 21b: heat medium piping
22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g: water supply pipe
24: switch (switching mechanism)
26: cold air outlet
28: water supply
30: cold water outlet
32a, 32b, 32c: pump
34: Cooling Tower
36: classification unit
38: first hot water outlet
40: third heat exchanger
42: fourth heat exchanger
44: second hot water outlet
46: heat recovery mechanism
48: drain
50: motor generator
52: first accumulator tank (first accumulator)
54: second accumulator tank (second accumulator)
56: valve
58: second compressor
58a: intake vent
58b: discharge port
60: flow regulating valve

Claims (8)

공기를 냉매로 하는 히트 펌프에 있어서,
입력 전력에 의해 구동되는 전동기와,
상기 전동기와 기계적으로 접속되고, 공기를 압축하는 제1 압축기와,
상기 제1 압축기에서 압축한 압축 공기와 물로 열교환하는 제1 열교환기와,
상기 제1 열교환기에서 열교환하여 승온한 물을 난방에 이용하기 위해 상기 히트 펌프의 외부로 취출하는 제1 온수 취출구와,
상기 제1 압축기에서 압축한 압축 공기에 의해 구동되는 팽창기와,
상기 팽창기와 기계적으로 접속된 부하 발생부와,
상기 팽창기에서 팽창된 공기와 물로 열교환하는 제2 열교환기와,
상기 제2 열교환기에서 열교환하여 강온한 물을 냉방에 이용하기 위해 상기 히트 펌프의 외부로 취출하는 냉수 취출구
를 구비하는, 히트 펌프.
In a heat pump using air as a refrigerant,
An electric motor driven by input power,
A first compressor mechanically connected to the electric motor and compressing air;
A first heat exchanger configured to exchange heat with compressed air compressed by the first compressor and water;
A first hot water outlet for taking out the water heated by heat exchange in the first heat exchanger to the outside of the heat pump for use in heating;
An expander driven by compressed air compressed by the first compressor;
A load generation unit mechanically connected to the inflator;
A second heat exchanger configured to exchange heat with water and air inflated by the expander;
Cold water outlet for taking out the heat of the heat exchanger in the second heat exchanger to the outside of the heat pump for cooling
And a heat pump.
제1항에 있어서,
상기 제1 온수 취출구로부터 취출되어 외부에서 난방에 이용된 물을 상기 히트 펌프의 상기 제1 열교환기에 다시 공급하는 제1 급수 배관과,
상기 냉수 취출구로부터 취출되어 외부에서 냉방에 이용된 물을 상기 히트 펌프의 상기 제2 열교환기에 다시 공급하는 제 2 급수 배관
을 더 구비하는, 히트 펌프.
The method of claim 1,
A first water supply pipe for supplying water, which is drawn out of the first hot water outlet and used for external heating, to the first heat exchanger of the heat pump again;
A second water supply pipe for supplying water extracted from the cold water outlet and used for cooling externally to the second heat exchanger of the heat pump;
Further comprising a heat pump.
제2항에 있어서, 상기 팽창기에서 팽창되고 상기 제2 열교환기에 공급되는 공기는 -50℃ 내지 -110℃인, 히트 펌프.The heat pump of claim 2, wherein the air expanded in the expander and supplied to the second heat exchanger is -50 ° C to -110 ° C. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압축기에서 압축된 압축 공기를 저장하는 제1 축압부를 더 구비하고,
상기 팽창기는 상기 제1 축압부로부터 공급되는 압축 공기에 의해 구동되고,
상기 부하 발생부는 발전기이고,
상기 발전기는 상기 팽창기에 의해 구동되어 발전하는, 히트 펌프.
According to any one of claims 1 to 3, further comprising a first accumulator for storing the compressed air compressed by the first compressor,
The inflator is driven by the compressed air supplied from the first accumulator,
The load generator is a generator,
The generator is driven by the inflator to generate power.
제4항에 있어서, 상기 팽창기 및 상기 제1 축압부 중 적어도 하나에 유체적으로 접속된 제2 축압부와,
상기 제1 압축기에 의해 압축된 압축 공기보다도 고압으로 공기를 압축하여 상기 제2 축압부에 공급하는 제2 압축기
를 더 구비하는, 히트 펌프.
5. The pressure accumulator of claim 4, further comprising: a second accumulator fluidly connected to at least one of the expander and the first accumulator;
A second compressor which compresses air at a higher pressure than compressed air compressed by the first compressor and supplies the compressed air to the second accumulator;
Further comprising a heat pump.
제4항에 있어서, 상기 발전기에서 발전한 전력의 공급처를, 상기 전동기 또는 수요처로 전환하는 전환 기구를 더 구비하는, 히트 펌프.The heat pump according to claim 4, further comprising a switching mechanism for switching the supply source of electric power generated by the generator to the electric motor or the demand destination. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부하 발생부는 상기 전동기인, 히트 펌프.The heat pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the load generating unit is the electric motor. 제4항에 있어서, 상기 전동기 및 상기 부하 발생부에 기인하여 발생하는 열을 회수하고, 상기 회수한 열에 의해 물을 승온시키고, 제2 온수 취출구로부터 온수로서 취출하는 열회수 기구를 갖는, 히트 펌프.The heat pump of Claim 4 which has the heat recovery mechanism which collect | recovers the heat which arises from the said electric motor and the said load generation part, heats up water by the collect | recovered heat, and takes out as hot water from a 2nd hot water outlet.
KR1020187014310A 2015-10-28 2016-10-19 Heat pump KR102045273B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2015-212098 2015-10-28
JP2015212098A JP6571491B2 (en) 2015-10-28 2015-10-28 heat pump
PCT/JP2016/080978 WO2017073433A1 (en) 2015-10-28 2016-10-19 Heat pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180073628A KR20180073628A (en) 2018-07-02
KR102045273B1 true KR102045273B1 (en) 2019-11-18

Family

ID=58630229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187014310A KR102045273B1 (en) 2015-10-28 2016-10-19 Heat pump

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11079143B2 (en)
EP (1) EP3370018A4 (en)
JP (1) JP6571491B2 (en)
KR (1) KR102045273B1 (en)
CN (1) CN108139125A (en)
MY (1) MY192261A (en)
WO (1) WO2017073433A1 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2018212001A1 (en) * 2017-01-30 2019-08-22 The Regents Of The University Of California Storage-combined cold, heat and power
JP6944262B2 (en) * 2017-03-29 2021-10-06 株式会社神戸製鋼所 Compressed air storage power generator
WO2019004967A2 (en) * 2017-04-14 2019-01-03 Sabanci Üniversitesi Heat exchanger with enhanced heat transfer surfaces
US10551106B2 (en) * 2017-06-28 2020-02-04 Heatcraft Refrigeration Products Llc Refrigeration system using emergency electric power
CN109026614B (en) * 2018-07-25 2019-08-09 清华大学 The energy-storage system and its application method of quick response
JP6965221B2 (en) * 2018-09-13 2021-11-10 三菱パワー株式会社 Gas turbine system
JP6889752B2 (en) * 2019-05-10 2021-06-18 株式会社神戸製鋼所 Compressed air storage power generator
CN111140298B (en) * 2020-01-07 2024-01-26 上海锅炉厂有限公司 Distributed cogeneration compressed air energy storage system
DE102020105132A1 (en) 2020-02-27 2021-09-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Cooling arrangement for cooling the charge air of a supercharged internal combustion engine
JP2022057217A (en) * 2020-09-30 2022-04-11 ダイキン工業株式会社 Absorptive heat pump

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001115859A (en) * 1999-10-19 2001-04-24 Toshiba Corp Caes power generating system
JP2003081185A (en) * 2001-09-11 2003-03-19 Yanmar Co Ltd Power generating and propelling system for ship

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH659855A5 (en) * 1981-11-16 1987-02-27 Bbc Brown Boveri & Cie AIR STORAGE POWER PLANT.
JPS6080036A (en) * 1983-10-07 1985-05-07 Matsushita Electric Works Ltd Heating apparatus
JP2622984B2 (en) 1988-03-28 1997-06-25 三洋電機株式会社 Air conditioner
JPH01314829A (en) * 1988-06-14 1989-12-20 Mitsubishi Electric Corp Space heater
JPH0365830U (en) 1989-10-31 1991-06-26
JPH0772630B2 (en) 1991-02-06 1995-08-02 三菱重工冷熱機材株式会社 Water heat exchanger
JP3112043B2 (en) 1992-03-23 2000-11-27 株式会社デンソー Electric vehicle heating system
IL108546A (en) * 1994-02-03 1997-01-10 Israel Electric Corp Ltd Compressed air energy storage method and system
US5495709A (en) * 1994-08-05 1996-03-05 Abb Management Ag Air reservoir turbine
JP2944501B2 (en) * 1996-02-02 1999-09-06 鹿島建設株式会社 Cold air supply unit
JP2002273497A (en) * 2001-03-23 2002-09-24 Fuji Clean Kogyo Kk Sludge drying method and equipment for the same
JP2003065621A (en) * 2001-08-24 2003-03-05 Shimadzu Corp Cooling system
JP2005140444A (en) 2003-11-07 2005-06-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Air conditioner and its control method
US8656712B2 (en) * 2007-10-03 2014-02-25 Isentropic Limited Energy storage
US7958731B2 (en) 2009-01-20 2011-06-14 Sustainx, Inc. Systems and methods for combined thermal and compressed gas energy conversion systems
US20110127004A1 (en) 2009-11-30 2011-06-02 Freund Sebastian W Regenerative thermal energy storage apparatus for an adiabatic compressed air energy storage system
JP5747309B2 (en) * 2011-07-29 2015-07-15 一般財団法人電力中央研究所 CAES system and power plant having the same
US9243558B2 (en) * 2012-03-13 2016-01-26 Storwatts, Inc. Compressed air energy storage
ITFI20120075A1 (en) * 2012-04-12 2013-10-13 Nuovo Pignone Srl "COMPRESSED-AIR ENERGY-STORAGE SYSTEM"
US9383105B2 (en) * 2012-07-30 2016-07-05 Apex Compressed Air Energy Storage, Llc Compressed air energy storage system having variable generation modes
JP2014158366A (en) * 2013-02-15 2014-08-28 Fanuc Ltd Cooling system and cooling method of dynamo-electric machine
CN103397940A (en) * 2013-08-18 2013-11-20 张茂勇 Composite energy storage electricity generation system based on air compression and waste energy recovery
JP5747058B2 (en) * 2013-08-22 2015-07-08 株式会社日立産機システム Compressor
US20150322874A1 (en) * 2014-05-10 2015-11-12 Scuderi Group, Inc. Power generation systems and methods
JP6511378B2 (en) * 2015-09-29 2019-05-15 株式会社神戸製鋼所 Compressed air storage power generation device and compressed air storage power generation method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001115859A (en) * 1999-10-19 2001-04-24 Toshiba Corp Caes power generating system
JP2003081185A (en) * 2001-09-11 2003-03-19 Yanmar Co Ltd Power generating and propelling system for ship

Also Published As

Publication number Publication date
JP6571491B2 (en) 2019-09-04
US11079143B2 (en) 2021-08-03
US20190056152A1 (en) 2019-02-21
WO2017073433A1 (en) 2017-05-04
EP3370018A1 (en) 2018-09-05
CN108139125A (en) 2018-06-08
MY192261A (en) 2022-08-14
JP2017083082A (en) 2017-05-18
EP3370018A4 (en) 2019-06-12
KR20180073628A (en) 2018-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102045273B1 (en) Heat pump
US10358975B2 (en) Compressed air energy storage and power generation device
US10892642B2 (en) Compressed air energy storage power generation apparatus and compressed air energy storage power generation method
US10704426B2 (en) Method for cooling off the compressed gas of a compressor installation and compressor installation in which this method is applied
US10794278B2 (en) Compressed air storage power generation device
WO2016203980A1 (en) Compressed air energy storage power generation device, and compressed air energy storage power generation method
WO2016181884A1 (en) Compressed air energy storage and power generation device
JP2011012659A (en) Compressor
JP2016211436A (en) Compressed air energy storage power generation device
JP5747058B2 (en) Compressor
US10590959B2 (en) Methods and systems for cooling a pressurized fluid with a reduced-pressure fluid
JP6906013B2 (en) heat pump
CN110892139A (en) Compressed air storage power generation device
JP6793616B2 (en) Compressed air storage power generation device and compressed air storage power generation method
JP2021096043A (en) Exhaust heat recovery system and gas compressor used for the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant